Andrzej Brodziak - Annales Academiae Medicae Silesiensis

ANNALES ACADEMIAE MEDICAE SILESIENSIS
PRACA POGLĄDOWA
HIV i AIDS – współczesne dylematy
Contemporary dilemma related to HIV and AIDS
Andrzej Brodziak
STRESZCZENIE
Katedra i Oddział Kliniczny
Chorób Wewnętrznych
Wydziału Zdrowia Publicznego
Śląskiego Uniwersytetu Medycznego
w Katowicach
ADRES
D O KO R E S P O N D E N C J I :
Prof. dr hab. Andrzej Brodziak
Katedra i Oddział Kliniczny
Chorób Wewnętrznych
Wydziału Zdrowia Publicznego
Śląskiego Uniwersytetu Medycznego
w Katowicach
Szpital Specjalistyczny nr 1
ul. Żeromskiego 7
41-902 Bytom
Tel./fax 32 281 21 22
e-mail: [email protected]
Ann. Acad. Med. Siles. 2011, 65, 1–2, 38–47
Copyright © Śląski Uniwersytet Medyczny
w Katowicach
ISSN 0208-5607
38
Autorzy omawiają nowe dane dotyczące zróżnicowania podatności na
zakażenie HIV i zapadalność na AIDS oraz tempo progresji choroby. Na
wstępie przypominają aktualne dane epidemiologiczne, z których wynika,
iż w krajach Europy Środkowej i Zachodniej epidemia przebiega odmiennie niż w innych regionach świata, nie spełniły się tutaj pesymistyczne
przewidywania dotyczące narastania zachorowalności i umieralności.
Autorzy koncentrują się na odmiennościach w zakresie uwarunkowań
genetycznych i immunologicznych w grupach chorych, u których objawy
choroby AIDS nie występują przez okres dłuższy niż 10 lat (LTNP – long
term nonprogressors) i chorych z szybkim postępem choroby (RP – rapid
progressors) oraz w szczególności u osób odpornych na zakażenie mimo
intensywnej ekspozycji (EU – exposed uninfected). Omówione w pracy różnice umożliwiają racjonalne scharakteryzowanie podejmowanych współcześnie prób opracowania skutecznej szczepionki.
Wspomniano także o pierwszych efektach nowych metod badawczych,
takich jak badanie wszystkich genów (całości genomów) wielu osobników w celu wykrycia różnic między osobnikami (genome-wide association
study – GWA) lub oznaczanie profili wszystkich cząstek RNA pewnej populacji komórek (genome-wide transcriptome profiling study), które mogą
zastosować jedynie bardzo dobrze wyposażone placówki badawcze.
S Ł O WA K L U C Z O W E
HIV, AIDS, epidemiologia, odporność, czynniki genetyczne, szczepionki
A B S T R AC T
The authors discuss new data on morbidity rates and susceptibility to HIV
infection, next to the progress of AIDS. They quote the current epidemiological data, which show that in Central and Western European conutries
the epidemic proceeds differently than in other regions of the world, so
that it does not meet here pessimistic predictions about the expected rise
of morbidity and mortality rates.
The authors then focused on highlighting the detected differences in genetic and immunological state of recently discerned groups of patients,
HIV I AIDS – WSPÓàCZESNE DYLEMATY
whose symptoms of AIDS do not appear for more than 10 years (LTNP – long term nonprogressors), and patients characterized by rapid disease progression (RP – rapid progressors), and
in particular, people resistant to infection despite intensive exposure (EU-exposed uninfected).
Discussed and detected differences enable to undertaken reasonable efforts to develop an effective vaccine.
What is more, the authors also mentioned the first results achieved through new research methods, such as testing all genes (whole genome) of many individuals to detect differences occurring
from individual to individual (genome-wide association study – GWA) or determination of all
the particles within RNA profiles concerning a population of given cells (genome-wide transcriptome profiling study), which can only be undertaken by a very well equipped research centers.
KEY WORDS
HIV, AIDS, epidemiology, immunity, genetic factors, vaccines
WSTĘP
W miarę upływu lat od początku epidemii choroby AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) gromadzone są zaskakujące dane o znacznym zróżnicowaniu podatności na zakażenie
HIV (human immunodeficiency virus), zapadalności na AIDS oraz tempie progresji choroby.
Zróżnicowanie to dotyczy nie tylko odmiennej
sytuacji epidemiologicznej w analizowanych
regionach Europy i świata, ale przede wszystkim różnej podatności na zainfekowanie i zapadalność w grupach osób obarczonych – jak
się wydaje – tym samym ryzykiem. Podejmując
ten temat trzeba podkreślić, że zakażenie wirusem HIV i zachorowanie na AIDS są wydarzeniami chorobowymi, którym towarzyszy niebywała otoczka opinii wyrażanych w mediach.
Należy więc przytoczyć najpierw obiektywne,
wiarygodne dane epidemiologiczne dotyczące
naszego kraju i innych regionów.
Autorzy zajmujący się tym zagadnieniem rozróżniają następujące grupy pacjentów:
– LTNP (long-term nonprogressors) – osoby,
u których objawy choroby AIDS nie występują przez okres dłuższy niż 10 lat;
– SP (slow progressors) – osoby, u których objawy występują się po 5–8 latach;
– RP (rapid progressors) – osoby z szybkim
postępem choroby, u których objawy występują po 2–5 latach;
– EC-AC (elite controllers-aviremic controllers)
– osoby, które utrzymują wiremię poniżej
progu wykrywalności;
– VC (viremic controllers) osoby, które utrzymują wiremię na niskim poziomie;
–
EU-HEPS-ESN (exposed uninfected-highly
exposed persistently seronegative-expose seronegative) [1,2,3].
Przebieg zakażenia HIV zależy od interakcji
między wirusem a organizmem chorego. Istotną rolę w procesie zakażenia HIV odgrywają
czynniki genetyczne, elementy układu immunologicznego oraz cytokiny. Ryzyko zakażenia
zależy od rodzaju ekspozycji, wirulencji danej
odmiany wirusa, poziomu wiremii oraz tzw.
tropizmu komórkowego wirusa. Na tempo rozwoju choroby wpływają zdolność wirusa do
wymykania się spod kontroli układu immunologicznego oraz szybkość niszczenia układu
odpornościowego.
Ponieważ zróżnicowanie podatności na zakażenie HIV i zapadalność na AIDS oraz tempo
progresji choroby mają duże znaczenie praktyczne, postanowiliśmy dokonać w obrębie
niniejszej publikacji przeglądu i omówienia
najważniejszych, niedawnych ustaleń z tego
zakresu.
1 . DA N E E P I D E M I O L O G I C Z N E
Autorzy z Państwowego Zakładu Higieny
(PZH) publikują cyklicznie w „Przeglądzie
Epidemiologicznym” dane o zachorowalności,
oparte na zarejestrowanych zgłoszeniach zachorowań [4,5]. Rejestrację osób zakażonych
wirusem HIV oraz zachorowań i zgonów z powodu AIDS rozpoczęto już w 1986 r.
Według przedostatniego zestawienia PZH,
opartego na zgłoszeniach do 2008 r., w latach
1986–2006 zachorowało w Polsce 1929 osób,
855 spośród nich zmarło [4]. Nitka i wsp.
stwierdzają, że największy odsetek wśród zmarłych stanowiły osoby zakażone na drodze do39
ANNALES ACADEMIAE MEDICAE SILESIENSIS
żylnego wstrzykiwania narkotyków (50,3%),
a następnie homo- i biseksualiści (22,5%) oraz
zakażeni na drodze kontaktów heteroseksualnych (13,7%) [4]. Autorzy cytowanej pracy
podają, że w 2006 r. wykonano wśród obywateli polskich 1 138 866 testów przesiewowych
w kierunku zakażenia HIV (tj. 30 testów/1000
mieszkańców łącznie z dawcami krwi oraz
4,2 testu/1000 mieszkańców bez dawców
krwi), wykrywając wśród zbadanych 750 nowych zakażeń HIV [4]. W 2006 r. wykonano
3968 badań wśród osób utrzymujących ryzykowne kontakty heteroseksualne, stwierdzając
57 nowych zakażeń (tj. u 1,4/100 badanych).
Rozpoznano 156 zachorowań na AIDS, czyli
zapadalność wynosiła 0,41/100 000 mieszkańców. W tym samym roku zmarły z powodu AIDS 44 osoby, czyli umieralność wynosiła
0,12/100 000 mieszkańców [4].
Według kolejnego zestawienia – za 2007 r.
– sytuacja epidemiologiczna nie uległa znaczącej zmianie. Wykryto 718 nowych zakażeń
i odnotowano 133 nowe zachorowania [5].
Wprawdzie nie podano w zestawieniu oszacowania tzw. chorobowości, tzn. liczby aktualnie
chorujących na AIDS w Polsce, jednak przytoczone informacje są wiarygodne i pozwalają
na porównanie danych z naszego kraju z danymi z innych regionów. Do tego celu pomocna
jest profesjonalna witryna „Averting HIV and
AIDS” [6]. Jej autorzy oszacowali, że tzw. chorobowość (prevalence) dotycząca łącznie zakażeń wirusem HIV i zachorowań na AIDS wynosi w Polsce 20 000 osób, co w przeliczeniu
na 100 mieszkańców wynosi ok. 0,05, czyli tą
sytuacją kliniczną jest dotkniętych ok. 0,05%
mieszkańców naszego kraju.
Analizując analogiczne dane w krajach Unii
Europejskiej należy spostrzec, że chorobowość
w Polsce, podobnie jak w innych krajach Europy Środkowej, jest znacznie niższa aniżeli w większości krajów Europy Zachodniej
– we Francji, Hiszpanii i Włoszech wynosi ona
0,4%. Także w Europie Wschodniej chorobowość jest znacznie wyższa – w Rosji wynosi
1,1%, a na Ukrainie 1,6%.
Dla znajomości współczesnego stanu wiedzy
o epidemii HIV/AIDS istotne są dane dotyczące poznanych stosunkowo niedawno uwarunkowań podatności na zakażenie wirusem HIV
i szybkość rozwoju choroby. Ich przegląd poz-woli na przedstawienie współczesnych badań
nad opracowaniem szczepionki przeciwko HIV
i sposobami spowalniania progresji choroby.
40
2 . I S T O T N E U WA RU N K O WA N I A
Z A K A Ż E N I A W I RU S E M H I V
2 . 1 . G E N Y O K R E Ś L A JĄC E S T RU K T U R Ę KO - R E C E P T O R ÓW
Czynnik, który w znacznym stopniu wyznacza
możność zakażenia się wirusem HIV, odkryto
w 1996 r. Jak wiadomo, głównym receptorem
wirusa HIV na powierzchni komórek ludzkich,
warunkującym jego przeniknięcie, jest białko
CD4. Jednak jego obecność nie wystarcza. Potrzebne są dodatkowo tzw. ko-receptory. Są to
głównie białka CXCR4, CCR5 i CCR2, wspomagające chemokiny. Wykryty w 1996 r. czynnik dotyczy właśnie ko-receptorów. Okazało
się, że mutacja allelu receptora 5 chemokin
typu CC (C-C motif), w skrócie CCR5-32ǻ32,
prawie całkowicie chroni osoby homozygotyczne przed zakażeniem HIV [5,7,8]. Mutacja polega na delecji 32 nukleotydów w genie
CCR5. Podobnie jak i w przypadku innych mutacji, dochodzi do wielokierunkowych zmian
funkcji. Mutacja genu CCR5 zwiększa podatność na zapalenie opon mózgowych i mózgu
po zakażeniu wirusem kleszczowego zapalenia
mózgu (TBEV – tickborne encephalitis virus)
[5]. Tak zmieniony allel chroni ponadto przed
występowaniem reumatoidalnego zapalenia
stawów [5].
Tak więc pierwszy poznany czynnik istotny
dla zakażenia wirusem HIV ma charakter genetyczny. Mutacja genu CCR5 nie ma, niestety, dużego znaczenia epidemiologicznego, gdyż
Ryc. 1. Struktura wirusa HIV.
Fig. 1 The structure of the HIV.
HIV I AIDS – WSPÓàCZESNE DYLEMATY
w skali globalnej dotyczy tylko ok. 1–2%
populacji, tym niemniej taka właśnie homozygotyczna mutacja jest spotykana znacznie
częściej u osób z grup EU oraz LTNP. Należy
podkreślić, że poznano już różne odmiany mutacji tego genu, nie tylko mutację polegającą
na delecji 32 nukleotydów, ale np. tzw. mutację m303, często znajdowaną w grupie EU,
polegającą na substytucji T ĺ A w pozycji 303
genu CCR5. Z kolei mutacje w obrębie promotora genu CCR5 są znajdowane często w obrębie grupy RP.
Ustalono ponadto, że mutacja genu CCR2
kodującego drugi ko-receptor wirusa HIV jest
także spotykana częściej w grupie SP.
2.2. CHEMOKINY
Aby wirus HIV mógł wniknąć do komórki,
konieczna jest obecność nie tylko głównego receptora CD4 i ko-receptorów, takich jak
CXCR4, CCR5 i CCR2 (ilustrują to ryciny
1 i 2). Działanie ko-receptorów jest wspomagane przez tzw. chemokiny [3,8].
Jak się okazuje, podatność na zakażenie oraz
przebieg choroby zależą także od uwarunkowanych genetycznie odmienności w strukturze
chemokin. Chemokiny są cytokinami aktywującymi różne populacje leukocytów. Wytwarzają je leukocyty i niektóre inne komórki. Ich
znaczenie fizjologiczne jest różnorakie. Odgrywają rolę w procesach zapalnych, angiogenezie
i reakcji na komórki nowotworowe, upośledzenie ich funkcji może mieć związek z chorobami autoimmunologicznymi i nowotworami.
Powstają w odpowiedzi na toksyny bakteryjne
lub takie cytokiny prozapalne, jak IL-1, TNF,
interferon.
Chemokiny są polipeptydami zbudowanymi
z 70–130 aminokwasów, z charakterystycznymi czterema cysteinami tworzącymi w obrębie
cząsteczki dwa mostki siarczkowe. Ostatnio
zmieniono nazewnictwo chemokin, wyróżniając chemokiny Į, ȕ, Ȗ. Przykładowo, dotychczasowa chemokina SDF-1, należąca do chemokin typu CXC, ma obecnie nazwę CXCL12,
natomiast RANTES zgodnie z współczesną nomenklaturą to CCL5 [3].
Związanie się ȕ-chemokin z ko-receptorem
CCR5 powoduje jego wciągnięcie do cytoplazmy limfocytu, tym samym receptor staje
się nieosiągalny dla wirusa. W ten sposób następuje utrudnienie transmisji HIV oraz spowolnienie postępu zakażenia. Ligandy CCR5,
czyli cytokiny RANTES, MIP-1a oraz MIP-1b,
blokują wiązanie się szczepów M-tropowych
wirusa HIV do receptora CD4. Podwyższony
poziom RANTES stwierdza się w grupie EU
(efekt zabezpieczający przed transmisją HIV)
oraz u chorych z AIDS rozwijającym się wolno. Stwierdzono, że wysoki poziom RANTES
w osoczu spowalnia progresję AIDS, wpływ
na transkrypcję RANTES mają mutacje w obrębie promotora genu kodującego RANTES.
W populacjach tajskiej i japońskiej polimorfizm promotora genu RANTES (obecność alleli
-403A oraz -28G) był związany z wolną progresją AIDS. Również badania populacji chińskiej potwierdzają chroniące przed zakażeniem
działanie tych mutacji. Inni autorzy piszą
o -403A, jako o czynniku spowalniającym
postęp zakażenia, ale zwiększającym ryzyko
transmisji [3].
Mutacje w zakresie genów kodujących wspomniane chemokiny MIP-1a oraz MIP-1b również wpływają na tempo progresji choroby.
Wśród ko-receptorów został także wymieniony m.in. CXCR4. Okazuje się, że wspierające
ten ko-receptor mutacje genów kodujących
chemokiny SDF-1(CXCL12) i SDF-1 też oddziałują na progresję choroby [3]. Podobne zależności wykryto ponadto dla tzw. receptorów
lektynowych (tzw. receptory DC-SIGN).
3 . C Z Y N N I K I Z M I E N I A JĄC E O D P OW I E D Ź
N A Z A K A Ż E N I E W I RU S E M H I V
3 . 1 . A N T Y G E N Y Z G O D N O Ś C I T K A N KOW E J ( H L A )
Ryc. 2. Zobrazowanie współudziału ko-receptorów w procesie
wniknięcia wirusa HIV do komórki.
Fig. 2. Presentation of participation of the co-receptors in the process of penetration of HIV into cells.
Różnice w przebiegu AIDS zależą również
od odmienności w genach wyznaczających
syntezę przeciwciał zgodności tkankowej
[3,8,9,10,11,12,13,14). Jak wiadomo, w zakresie odporności rola antygenów zgodności
41
ANNALES ACADEMIAE MEDICAE SILESIENSIS
tkankowej polega na wiązaniu obcych białek
i prezentowaniu ich limfocytom T typu CD8.
W ten sposób inicjują one cytotoksyczne
funkcje limfocytów. Na przebieg zakażenia
HIV wpływają głównie antygeny zgodności
tkankowej typu HLA klasy I. Zauważono, że
im większa jest różnorodność (heterozygotyczność) HLA klasy I, tym wolniejszy jest postęp
choroby [3]. Można to wytłumaczyć prezentowaniem szerszego spectrum różnych odmian
wirusa, co pozwala na eliminację przez dłuższy czas nowo pojawiających się form zmutowanych. Potwierdzono już, że konkretne – odmienne na zasadzie polimorfizmu – allele HLA
klasy I wpływają w różny sposób na szybkość
progresji choroby. Allele oznaczone symbolami
HLA-B*5701, HLA-B27 i HLA-B44 oraz allel
HLA-C rs9264942 spowalniają progresję choroby, natomiast allele HLA-B35-B22, A20 ją
przyspieszają. Casado i wsp. proponują nawet,
aby uznać, iż obecność mutacji CCR5-32ǻ32
genu syntetyzującego ko-receptor i współwystępowanie allelu symbolami HLA-B*5701
i HLA-C rs9264942 jest najbardziej charakterystyczną cechą grupy chorych niepodatnych
na zakażenie i/lub wolną progresję [14]. Casado wyróżnia na tej podstawie grupę chorych
LTNP-EC (long term non progressors-and elite
controlers).
3 . 2 . R E C E P T O R Y KO M Ó R E K N K ( K I R )
Komórki NK (natural killer) posiadają na swojej powierzchni receptory KIR, które są trójdomenowymi białkami, kodowanymi przez 16
genów zlokalizowanych na chromosomie 19.
Geny kodujące białka receptora KIR charakteryzują się znacznym polimorfizmem, określającym intensywność odpowiedzi immunologicznej. Ważną rolę odgrywają ligandy KIR,
którymi są swoiste allotypy HLA klasy I. Cząsteczki HLA modyfikują ekspresję genów KIR,
co prowadzi do ujawniania się na powierzchni komórek białek stanowiących receptor.
W czasie dojrzewania komórek NK w szpiku
zachodzi tzw. licencjonowanie. Komórki NK
uaktywniają na swojej powierzchni także receptory hamujące, co umożliwia tolerancję na
własne komórki.
W przebiegu infekcji HIV spośród kilkunastu
genów określających receptory KIR znaczenie
mają geny KIR3DS1 oraz KIR3DL1. Publikowane doniesienia dotyczące ekspresji tych genów w przebiegu różnych sytuacji klinicznych
w przebiegu AIDS są, niestety, często sprzeczne, [3,8,9,10,11,12,13,14].
42
3 . 3 . T L R ( TO L L - L I K E R E C E P TO R S )
W złożonym systemie obrony immunologicznej ważną rolę odgrywają także tzw. transmembranowe receptory białkowe (TLR). Znaleziono już 11 różnych TLR [3]. Rozróżniają
one cząstki patogenne, np. TLR4 rozpoznaje
polisacharydy bakteryjne, TLR-3 wykrywa
RNA wirusowy. Rozpoznanie przez system
TRL patogenów intensyfikuje obronę immunologiczną, m.in. wytwarzane są cytokiny,
TRL wpływają także na przebieg infekcji wirusem HIV. System TLR jest wzbudzany nie tylko
przez infekcję wirusem HIV, ale także przez infekcje oportunistyczne. Wiadomo, że szczególny rodzaj polimorfizmu w obrębie genu syntetyzującego TLR9 wiąże się z szybszym spadkiem liczby limfocytów CD4+ w grupie RP, tj.
u osób z szybko rozwijającą się chorobą [3].
3.4. CYTOKINY
Cytokiny działają wielokierunkowo, można
jednak wyróżnić cytokiny nasilające rozwój
zakażenia HIV. Należą do nich TNF, IL-1,
Il-6, IL-18. Postęp zakażenia spowalniają IFNalfa, IFN-beta, IL-16. Pozostałe znane cytokiny (IFN-gamma, IL-2, -4, -10, -16), zależnie
od okoliczności dodatkowych, przyspieszają
lub zwalniają rozprzestrzenianie się zakażenia.
Interferony alfa i beta przeciwdziałają infekcji
HIV [3]. Wszystkie podtypy IFN-alfa oddziaływają tylko na jeden receptor, zwany IFNAR
[5,10,11,12,13,14].
3 . 5 . T R I M 5 - A L FA I I C Y K L O F I L I N A A
Niedawno odkryto nowe mechanizmy odpornościowe. W 2004 r. stwierdzono, że interferon indukuje ekspresję genu TRIM5-alfa.
Jest on trójdzielnym polipeptydem złożonym
z motywów RBCC, RING i B-Box-2. Zapobiega on przedostawaniu się genomu wirusowego
do jądra komórkowego [3]. Niektóre odmiany
omawianego białka, różniące się wskutek polimorfizmu wyznaczającego je genu, obniżają
bardziej aktywność wirusa HIV.
Z TRIM5-alfa współdziała inna nowo odkryta
substancja, zwana Cyklofiliną A (CypA), będąca białkiem kodowanym przez gen PPIA,
obniżającym zakaźność wirusa HIV jedynie
wobec obecności TRIM5-alfa [3].
3 . 6 . E N D O G E N N Y I N H I B I T O R R E P L I K AC J I H I V
APOBEC3G I KULLINA 5
Jeszcze jednym poznanym niedawno czynnikiem hamującym przebieg zakażenia jest tzw.
apolipoproteina B (mRNA-editing catalitic
polypeptyde – ApoBEC3G). Jej działanie zale-
HIV I AIDS – WSPÓàCZESNE DYLEMATY
ży od zaistnienia szczególnych okoliczności
w genomie wirusa (np. delecja genu vif) oraz
poliformizmu genu wyznaczającego ten czynnik, np. niekorzystna zmiana w pozycji 186H- > A częsta w populacji Afroamerykanów.
Kompletne wirusy HIV, posiadające gen vif
współdziałają z białkiem komórkowym kulliną-5. Istnieje odmiana polimorficzna genu
wyznaczającego kullinę 5, która bardzo przyspiesza progresję choroby [3].
Skomplikowane eksperymenty wykazały, że
zmiany w postranskrypcyjnej kontroli ekspresji niektórych genów są uwikłane w modulację
obrony przeciwko zakażeniom wirusem HIV.
Dotychczasowe prace nad znaczeniem miRNA
w zwalczaniu replikacji HIV omawia Telenti
[12]. Trudno jednak na razie ocenić, w jakim
stopniu ta modulacja działania wirusów HIV
jest istotna.
3 . 8 . L U D Z K I E E N D O G E N N E R E T R O W I RU S Y ( H E R V )
3.7. MIKRORNA (MIRNA)
Od niedawna wiadomo, iż we wszystkich komórkach istnieją tzw. postranskrypcyjne czynniki regulacji ekspresji genów, istotne zwłaszcza dla ochrony przeciwwirusowej i modulacji
aktywności transpozonów. Ochronę tę ustanawiają dupleksy RNA: (a) interferencyjny RNA
– RNAi oraz (b) siRNA (small interfering RNAs
duplexes). Należą one do grupy niekodujących
RNA (ncRNA, non-coding RNA). Długie frag-
Ryc. 3. Rodzaje retroelementów: pseudogen, retrogen, retropozon, retrotranspozon, retrowirus. LTR – long terminal repeats,
P – promotor; AAAA – łańcuch polinukleotydowy adeniny, ORF1 –
otwarta ramka odczytu (open reading frame), pol – gen kodujący
odwrotną, PBS – region wiążący tRNA starterowe (primer binding
site), gag – gen kodujący białka strukturalne, pol – gen kodujący
odwrotną transkryptazę; env – gen kodujący białka otoczki.
Fig. 3. Types of retro elements: pseudogene, retrogen, retropozon,
retrotranspozon, retrovirus. LTR – long terminal repeats, P – promoter, AAAA – adenine polynucleotide chain, ORF1 – open reading
frame, PBS – tRNA primer binding region (primer binding site), gag
– the gene encoding the structural proteins, pol – gene encoding
reverse transcriptase, env – the gene encoding the envelope proteins.
mentów RNAi są cięte przez enzym DICER na
charakterystyczne 21-nukleeotydowe fragmenty siRNA, z wystającymi 2-nukleotydowymi
końcami 3’. Jedna z nici siRNA jest włączana
do wyciszającego kompleksu białkowego RISC
(RNA induced silencing complex), wskazując
mu docelowy mRNA, który zostaje pocięty,
aby zapobiec syntezie białka. Tego typu RNA,
określa się jako mikroRNA (miRNA), przy
czym pochodzi ono z genomu, podczas gdy
pozostałe siRNA może wywodzić się z mRNA,
transpozonów lub też wirusów.
Genom człowieka obfituje w kilka rodzajów
tzw. retroelementów (ryc. 3), m.in. znajdowane są liczne tzw. transpozony oraz wręcz kompletne retrowirusy. Ludzkie endogenne retrowirusy odkryto już ok. 30 lat temu. Stanowią one
aż kilka procent ludzkiego genomu. Wniknęły
one do organizmów naszych przodków ok.
30 mln lat temu.
Struktura HERV jest typowa dla retrowirusów.
Zawierają one geny gag, pol oraz env, obramowane z dwóch stron sekwencjami LTR. Wywód i schemat struktury HERV ilustruje rycina
3. Gen gag koduje białka strukturalne kapsydu, nukleokapsydu i macierzy. Gen pol koduje odwrotną transkryptazę, proteazę, rybonukleazę i integrazę, natomiast gen env – białka
osłonkowe. Większość HERV jest nieaktywna
transkrypcyjnie ze względu na nagromadzenie
wielu mutacji. Ich aktywacja jest hamowana
także przez TRIM-5a oraz ApoBEC3. Niektóre HERV, głównie należące do grupy HERV-K,
są nadal aktywne i zdolne do ekspresji. Część
badaczy sugeruje istnienie powiązań między
obecnością HERV w genomie a replikacją HIV
[3,32,33]. Obecność wirusa HIV zwiększa
HERV-K w osoczu u ponad 95% osób zakażonych wirusem HIV i jedynie 7% osób niezakażonych [3].
Interakcje między egzogennymi retrowirusami
HIV i endogennymi retrowirusami HERV nie
są jednak jeszcze w pełni poznane.
4 . W S P Ó Ł C Z E S N E P R Ó B Y O P R A C O WA N I A
SKUTECZNEJ SZCZEPIONKI
Terminem „szczepionka” określa się zazwyczaj środek zapobiegający zakażeniu określoną
chorobą zakaźną. Niekiedy nazwą tą obejmuje
się również substancję, która zastosowana już
po zakażeniu zatrzymuje lub spowalnia postęp choroby. Niektóre szczepionki, tzw. terapeutyczne, są produkowane wyłącznie w celu
zmniejszania skutków zaistniałego zakażenia.
Szczepionki mające zapobiegać zakażeniu mają
43
ANNALES ACADEMIAE MEDICAE SILESIENSIS
zmodyfikować system immunologiczny, aby
mógł rozpoznać i zwalczać określony patogen.
Opracowanie skutecznej szczepionki przeciwko HIV jest z kilku powodów wyjątkowo trudne. Po pierwsze, HIV atakuje układ immunologiczny, służący właśnie do obrony przed patogenami. Po drugie, wirus ten często mutuje,
co sprawia, że opracowana szczepionka traci
skuteczność. Dodatkowym wyzwaniem jest to,
że wirus HIV inkorporuje swój materiał genetyczny do komórek układu odpornościowego
i innych układów organizmu, ukrywając się
na wiele lat i mogąc później wznowić proces
chorobowy.
Istnieje kilka strategii opracowania skutecznej
szczepionka przeciw HIV [18,19,20,21]. Szczepionki stymulują do wytwarzania przeciwciał
oddziałujących na różne elementy wirusa bądź
pobudzają do namnożenia się cytotoksycznych
limfocytów T (CTL) zwalczających infekcję na
zasadzie tzw. odporności tkankowej. Wytworzenie szczepionek polega zazwyczaj na pobraniu pewnej części strukturalnej wirusa (ryc. 1)
i – po dokonaniu w laboratorium zmian molekuły – namnożeniu tej cząsteczki. W ten sposób próbowano otrzymywać szczepionki, wykorzystując następujące elementy strukturalne
wirusa:
* szczepionki peptydowe wytwarzane na
podstawie małych fragmentów różnych
białek wirusa HIV;
* szczepionki wytwarzane poprzez metody
inżynierii genetycznej z większych fragmentów otoczki wirusa, np. z białek gp120,
gp140 lub gp160;
* tzw. live vector vacccine – czyli szczepionki
wykorzystujące tzw. wektory, czyli inne wirusy aniżeli HIV, do których inkorporuje się
niektóre geny wirusa HIV; geny pochodzące
z wirusa HIV kodują białka, które występują na powierzchni wirusa HIV; ten rodzaj
szczepionki jest podobny do wielu innych
stosowanych obecnie szczepionek, np.
przeciwko ospie wietrznej;
* tzw. DNA szczepionki, wykorzystujące kopie niewielkiej liczby genów HIV, które są
wprowadzone do DNA plazmidów; tak rekombinowane plazmidy będą stymulować
produkowanie białek podobnych do prawdziwych białek strukturalnych HIV;
* szczepionki tzw. prime-boost – które są połączeniami dwóch szczepionek różnego
typu;
* virus-like particle vaccine (pseudovirion vaccine), które zawierają kompletne wirusy,
44
jakkolwiek tak zmienione, iż zawierają
tylko niektóre białka i RNA identyczne
z cząstkami wirusa HIV.
W różnych możliwych strategiach opracowywania skutecznej szczepionki odnotowano pewne sukcesy, wykorzystując przedstawione tu uwarunkowania podatności na
zakażenie i rozwój choroby. W fazie prób
klinicznych znajduje się kilka inhibitorów
i przeciwciał monoklonalnych skierowanych
przeciwko CCR5 [26]. Wymienia się wśród
nich takie substancje, jak marawirok, aplawirok i wiwriwirok. Prowadzi się także próby nad substancjami, które są agonistami
CCR5 (RANTES-PSRANTES, AOP-RANTES
[3]. Watkins przedstawia dane wskazujące na
względną skuteczność stymulowania komórek NK, zwłaszcza u osób wykazujących specyficzne allele układu HLA [25]. Stwierdza
on, że stymulacja namnażania się komórek
NK posiadających receptor immunoglobulin
KIR3DS1 u osoby z allelem układu HLA typu
HLA-Bw4 znacznie spowalnia rozwój choroby [25].
P O D S U M O WA N I E
Przytoczone dane epidemiologiczne, zebrane w niemal całym okresie epidemii AIDS
w Polsce (lata 1986–2006), wskazują, że 50%
spośród 1929 zmarłych z powodu AIDS to
narkomani pobierający narkotyki poprzez
wstrzyknięcia dożylne, a 25% to homoseksualiści. Tylko 13,7% (ok. 270 osób) zmarłych
z powodu AIDS zaraziło się na drodze kontaktów heteroseksualnych, co w zestawieniu
z innymi przyczynami zgonów w naszym kraju
sprawia wrażenie, iż choroba ta pod względem
przyczyn umieralności jest u nas problemem
marginalnym, choć niewątpliwie ważnym dla
wiedzy z zakresu patofizjologii.
Lekarze pracujący w bytomskim Oddziale Klinicznym Chorób Wewnętrznych SUM, nieznający przytaczanych tu danych epidemiologicznych, zapytani o oszacowanie umieralności
według własnych, subiektywnych ocen wskazywali na przedział 2000–20 000 osób. Przemawia to za wysuniętą na wstępie niniejszego
artykułu tezą, iż intensywność medialnej prezentacji omawianego problemu jest niewspółmierna do realnego zagrożenia.
Analiza danych dotyczących zachorowalności i chorobowości na AIDS zamieszczonych
HIV I AIDS – WSPÓàCZESNE DYLEMATY
w „Przeglądzie Epidemiologicznym” [4,5]
i porównanie ich z informacjami dostępnymi
w witrynie Averting HIV and AIDS [6], pozwala potwierdzić opinię Jabłeckiego i Arendarczyk, zdaniem których „AIDS nie wszędzie
wykazuje cechy typowej choroby zakaźnej,
a teoria zakładająca wyłączny udział wirusa
HIV w powstawaniu zakażeń o różnym obrazie klinicznym i epidemiologicznym obfituje
w liczne paradoksy, oczekujące do tej pory
na wyjaśnienie. Przebieg krzywej zachorowalności na AIDS nie posiada typowego dla
innych epidemii dzwonowatego kształtu.
W zamożnych krajach zachodnich epidemia
ta, na przekór złowieszczym przepowiedniom
z lat 80., nie rozprzestrzeniła się poza pierwotne określone grupy ryzyka: homoseksualistów,
narkomanów stosujących dożylne środki odurzające, wielokrotnych biorców krwi, podczas
gdy w Afryce zachorowania dotyczą w sposób
proporcjonalny obu płci i nie obserwuje się
zależności ich występowania od określonych
zachowań.” [35].
Ustalenie, że istnieje grupa pacjentów cechująca
się bardzo powolnym rozwojem procesu chorobowego (LTNP), a zwłaszcza grupa niepodatna – jak się wydaje – na zakażenie (EU-HEPS)
[2,9,31] jest nie tylko optymistycznym odkryciem dotyczącym naturalnej historii rozwoju
tej choroby, ale przede wszystkim otwiera nowe
możliwości badań nad uwarunkowaniami odporności na zakażenie HIV i rozwój AIDS.
Pierwsze ważne ustalenie odnośnie do istnienia konkretnych, dobrze już poznanych genetycznych uwarunkowań takiej odporności
rzuca pewne światło na zróżnicowanie podatności na zakażenie HIV i zapadalność na
AIDS, zależnie od analizowanego regionu geograficznego. Okazuje się, że omówiona mutacja allelu genu kodującego syntezę receptora
5 chemokin typu C-C motif (CCR5-32ǻ32),
która całkowicie chroni osoby homozygotyczne przed zakażeniem HIV, jest znacznie częstsza w populacjach północnej Europy. W Polsce
występuje ona u 13% osób [36], we Włoszech
tylko u 5,5%, zaś w Afryce i Azji jest niezwykłą rzadkością.
Autorzy witryny „HIV the ultimate evolver”
zwracają uwagę, że podobne do HIV, pokrewne wirusy: SIVs (simian immunodeficiency
virus), zakażający szympansy, oraz FIVs (feline immunodeficiency virus strains), zakażający dzikie koty, nie wywołują u tych zwierząt
choroby, co dowodzi wykształcenia się u nich
w przebiegu ewolucji mechanizmów obron-
nych zapobiegających rozwojowi procesu patogenetycznego [36]. Natomiast rozpowszechnienie się mutacji genu CCR5 w krajach północnej Europy może być wynikiem zmagania
się populacji tego regionu z licznymi w ciągu
kilku ostatnich wieków epidemiami, szczególnie z epidemią dżumy, co prowadzi do zachodzącego właśnie procesu adaptowania się Europejczyków do epidemii AIDS [36].
Parsons i wsp. zwracają uwagę na inną cechę
uodporniającą przeciwko zakażeniom HIV
i rozwojowi choroby AIDS, wskazując na koincydencję istnienia komórek NK posiadających receptory immunoglobulin KIR3DS1,
z jednoczesnym występowaniem odmiany allelu układu HLA typu HLA-Bw4[29]. Tezy tej
nie potwierdzają doniesienia Watkinsa [25],
należy więc oczekiwać na rozstrzygnięcie, czy
wspomniana koincydencja jest rzeczywiście
korzystna.
Peryera wraz z 337 współautorami pracy opublikowanej w „Science” potwierdzają ważne,
jakkolwiek wielokierunkowe znaczenie mutacji typu single-nucleotide polymorphism (SNP)
w obrębie alleli znajdujących się w locus na
chromosomie 6, gdzie usadowiony jest system
MHC (major histocompatibility complex) [10].
System MHC obejmuje geny określające białka
HLA-B i HLA-C. Mutacje tych genów wpływają
na istnienie większej odporności lub podatności na zakażenia HIV i rozwój choroby [10].
Nie należy zapominać jednocześnie, iż wymienione mechanizmy ochronne, przeciwdziałające zakażeniom HIV występują także w tkankach stanowiących ewentualne wrota infekcji,
a mianowicie w błonie śluzowej jamy ustnej
i pochwy. W błonie śluzowej występują dodatkowo tzw. defensyny, tzn. substancje nazwane
terminami human ȕ defensins: HBD-1, HBD-2
i HBD-3 [30]. Stwierdzono, że polimorfizm
genu DEFB1 kodującego HBD-1 zmienia zdolność do tej powierzchniowej obrony przed
wnikaniem wirusa HIV.
Wielu badaczy ma nadzieję, że kontynuacja
badań grup pacjentów z bardzo powolnym
rozwojem procesu chorobowego (LTNP) oraz
niepodatnych na zakażenie (EU-HEPS) pozwoli ustalić dalsze różnice w strukturze genów
i funkcjonowaniu układu immunologicznego,
zapobiegające zakażeniom i spowalniające postęp choroby. Obiecujące jest użycie najnowszych technik inżynierii genetycznej, takich jak
np.: badanie wszystkich lub prawie wszystkich
genów (genomów) wielu osobników w celu
wykrycia różnic między osobnikami (genome45
ANNALES ACADEMIAE MEDICAE SILESIENSIS
-wide association study – GWA), oznaczanie
profili wszystkich cząstek RNA pewnej populacji komórek (genome-wide transcriptome
profiling study), siRNA screans, wielkoskalowe
badanie składu aminokwasowego wielu białek
(proteime analysis) [11,12,13,14].
Odkrycie takich odmienności umożliwi zapewne nowe próby nad szczepionkami. Wydaje się, że uzyskanie skutecznej szczepionki
jest najbardziej prawdopodobne dzięki badaniom nad szczepionkami poliwalentnymi, tzn.
stymulującymi produkcję przeciwciał skierowanych przeciw wielu elementom struktury
wirusa oraz wzbudzającymi także odporność
komórkową [20].
WNIOSKI
1. W krajach Europy Środkowej i Zachodniej
epidemia HIV i AIDS nie przebiega tak jak
w innych regionach świata, nie spełniły się
więc pesymistyczne przewidywania dotyczące narastania zachorowalności i umieralności z tego powodu.
2. Ustalenie, że istnieje grupa pacjentów
z bardzo powolnym rozwojem procesu
chorobowego (LTNP), a zwłaszcza grupa
– jak się wydaje – niepodatna na zakażenie (EU), jest nie tylko optymistycznym
odkryciem w historii rozwoju tej choroby,
ale przede wszystkim otwarciem nowych
możliwości w zakresie badań nad uwarunkowaniami odporności na zakażenie HIV
i rozwój AIDS.
3. Szczegółowe ustalenia dotyczące struktury
wirusa HIV oraz rozwój metod inżynierii
genetycznej pozwalają na konstruowanie
nowych odmian szczepionek poliwalentnych, stwarzających coraz większe możliwości zapobiegania zakażeniom i spowalniania rozwoju AIDS.
PIŚMIENNICTWO
1. Sajadi M.M., Constantine N.T., Mann
D.L., Charurat M., Dadzan E., Kadlecik P.
i wsp. Epidemiologic characteristics and
natural history of HIV-1 natural viral suppressors. J. Acquir. Immune Defic. Syndr.
2009; 50: 403–408.
2. Shearer G., Clerici M. Historical perspective on HIV exposed seronegative individuals: has nature done the experiment
for us? J. Infect. Dis. 2010; 202 Suppl. 3:
S329–332.
3. Zwolińska K.: Czynniki genetyczne
związane z podatnością na zakażenie HIV
oraz z progresją zakażenia. Post. Hig. Med.
Dośw. 2009; 63:73–91.
4. Nitka A., Rosińska M., Janiec J. AIDS
i zakażenia w 2006 roku. Przegl. Epidemiol. 2008; 62: 357–36.
5. Staszewska E., Laskus I, Rosińska M.
Zakażenia HIV i Zachorowania na AIDS
w Polsce w 2007 roku. Przegl. Epidemiol.
2009; 63: 271–277.
6. Averting HIV and AIDS. http://www.
avert.org/hiv-aids-europe.htm
7. Telenti A., McLaren P. Genomic approaches to the study of HIV-1 acquisition.
J. Infect. Dis. 2010; 202.
8. Lederman M.M., Alter G., Daskalakis D.C. i wsp. Derminants of protection
among HIV - exposed seronegative persons: an overview. J. Infect. Dis. 2010; 202
Suppl. 3: S333–338.
9. Pancino G., Saez-Cirion A., Scott-Algara
D., Paul P. Natural resistance to HIV infection: lessons learned from HIV-exposed
uninfected individuals. J. Infect. Dis. 2010;
202 Suppl. 3: S345–350.
46
10. Pereyra F., Jia X., McLaren P.J., Telenti
A, McLaren P.J., Telenti A., de Bakker P.I.,
Walker B.D., Ripke S. i wsp. The major
genetic determinants of HIV-1 control affected HL: A Class I Peptide presentation.
Science 2010; 10, 330(6010):1551–1557.
11. Fellay J., Shianna K.V., Telenti A., Goldstein D.B. Host genetics and HIV-1: the
final phase? PLoS Pathog. 2010; 6(10):
e1001033.
12. Telenti A. HIV-1 host interactions: integration of large-scale datasets. F1000 Biol.
Rep. 2009; 1. pii: 71.
13. Fellay J., Ge D., Shianna K.V., Colombo
S. i wsp. Common genetic variation and
the control of HIV-1 in humans. PLoS
Genet. 2009, 5(12): e1000791.
14. Casado C., Colombo S., Rauch A. i wsp.
Host and viral genetic correlates of clinical
definitions of HIV-1 disease progression.
PLoS One. 2010; 5(6): e11079.
15. D’Souza M.P., Axten K.L., Hecht F.M.,
Altfeld M. Acute HIV-1 infection: what’s
new? Where are we going? J. Infect. Dis.
2010; 202 Suppl. 2:.S267–269 .
16. Singh P., Kaur G., Sharma G., Mehra
N.K. Immunogenetic basis of HIV-1 infection, transmission and disease progression.
Vaccine 2008; 26: 2966–2980.
17. Araujo A.F., Brites C., Monteiro-Cunha
J., Santos L.A., Galvao-Castro B., Alcantara
L.C. Lower Prevalence of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Brazilian Subtype
B Found in Northeastern Brazil with Slower Progression to AIDS. AIDS Res. Hum.
Retroviruses 2010; 26: 1249–1 254.
18. D’Argenio D.D., Wilson C.B. A decade
of vaccines: Integrating immunology and
vaccinology for rational vaccine design.
Immunity 2010; 33: 437–4 40.
19. Excler J.L., Rida W., Priddy F.H. i wsp.
AIDS Vaccines and Pre-Exposure Prophylaxis: Is Synergy Possible? AIDS Res. Hum.
Retroviruses 2011; 27: 669–680.
20. Lu S., Wang S., Grimes Serrano J.M.
Polyvalent AIDS Vaccines. Curr. HIV Res.
2010; 8: 622–629.
21. Bansal G.P., Leitner W.W. Innate immunity in HIV infection and implications for
vaccine design: A summary of the workshop held at the National Institute of Allergy and Infectious Diseases, Bethesda on
February 25–26, 2010. Vaccine 2010; 28:
8229–8235.
22. Ahlers J.D., Belyakov I.M., New paradigms for generating effective CD8+
T cell responses against HIV-1/AIDS. Discov. Med. 2010; 9: 528–537.
23. Vaine M., Wang S., Crooks E.T., Jiang P.,
Montefiori D.C., Binley J. i wsp. Improved
induction of antibodies against key neutralizing epitopes by human immunodeficiency virus type 1 gp120 DNA prime-protein boost vaccination compared to gp120
protein-only vaccination. J. Virol. 2008;
82: 7369–7378.
24. Vaine M., Wang S., Liu Q. i wsp. Profiles of Human Serum Antibody Responses
Elicited by Three Leading HIV Vaccines
Focusing on the Induction of Env-Specific Antibodies. PLoS One. 2010; 5(11):
e13916.
25. Watkins D.I. HIV vaccine development.
Top HIV Med. 2010; 18: 35–36.
26. Yang H., Rotstein D.M. Novel CCR5
antagonists for the treatment of HIV
HIV I AIDS – WSPÓàCZESNE DYLEMATY
infection: a review of compounds patented
in 2006 - 2008. Expert. Opin. Ther. Pat.
2010; 20: 325–354.
27. Kromdijk W., Huitema A.D., Mulder
J.W. Treatment of HIV infection with the
CCR5 antagonist maraviroc. Expert. Opin.
Pharmacother. 2010; 11: 1215–1223.
28. Bansal G.P., Malaspina A., Flores J.
Future paths for HIV vaccine research:
Exploiting results from recent clinical trials and current scientific advances. Curr.
Opin. Mol. Ther. 2010; 12: 39– 46.
29. Parsons M.S., Boulet S., Song R.,
Bruneau J., Shoukry N.H., Routy J.P. i wsp.
Mind the gap: lack of association between
KIR3DL1*004/HLA-Bw4-induced natural
killer cell function and protection from
HIV infection. J. Infect. Dis. 2010; 1, 202
Suppl. 3: S356–360.
30. Zapata W., Rodriguez B., Weber J. i wsp.
Increased levels of human beta-defensins
mRNA in sexually HIV-1 exposed but uninfected individuals. Curr. HIV Res. 2008;
6: 53–538.
31. Horton R.E., McLaren P.J., Fowke K.,
Kimani J., Ball T.B. Cohorts for the study
of HIV-1 exposed but uninfected individuals: benefits and limitations. J. Infect. Dis.
2010; 202 Suppl. 3: S377–381.
32. Contreras-Galindo R., López P., Vélez
R., Yamamura Y. HIV-1 infection increases
the expression of human endogenous retroviruses type K (HERV-K) in vitro. AIDS Res.
Hum. Retroviruses 2007; 23: 116–122.
33. Laderoute M.P., Giulivi A., Larocque
L. i wsp. The replicative activity of human endogenous retrovirus K102 (HERVK102) with HIV viremia. AIDS. 2007; 21:
2417–2424.
34. Lee Y.N., Bieniasz P.D. Reconstitution
of an infectious human endogenous retrovirus. PLoS Pathog. 2007; Jan 3(1): e10.
35. Jabłecki J., Arendarczyk M. Fenomeny
epidemiologiczne zakażeń HIV/AIDS.
Nowiny Lekarskie 2006, 75;, 70–74.
36. HIV the ultimate evolver http://evolution.
berkeley.edu/evolibrary/article/medicine_04
37. List of countries by HIV/AIDS adult
prevalence rate http://en.wikipedia.org/
wiki/List_of_countries_by_HIV/AIDS_
adult_prevalence_rate
47